Auf der Berlinale war sie mit dem US-amerikanischen Regisseur Richard Linklater und ihrem Schauspielkollegen Ethan Hawke drei Mal vertreten: 1995 mit Before Sunrise, 2004 mit dessen Fortsetzung Before Sunset und schließlich 2013 mit Before Midnight, eine Liebesgeschichte in drei Teilen, die sich über 18 Jahre erstreckt. Als Ko-Drehbuchautorin von Before Sunset und Before Midnight erhielt Delpy je eine Oscar-Nominierung, während ihre schauspielerische Leistung im dritten Teil mit einer Golden-Globe-Nominierung bedacht wurde.
2001 spielte sie in sieben Folgen der US-Erfolgsserie Emergency Room – Die Notaufnahme die Freundin von Dr. Kovac. Im Herbst 2003 erschien eine CD mit elf Chansons in englischer und französischer Sprache, zu denen sie sich selbst auf der Gitarre begleitete.
2007 stellte sie auf der 57. Berlinale ihr Regiedebüt 2 Tage Paris vor, 2009 präsentierte sie mit Die Gräfin ihre Verfilmung des Lebens der ungarischen „Blutgräfin“ Elisabeth Báthory. Mit 2 Tage New York brachte Delpy 2012 den Fortsetzungsfilm von 2 Tage Paris in die Kinos; beide Komödien parodieren die kulturellen Unterschiede zwischen Amerikanern und Franzosen. Sie möge das Konzept von den ungezogenen Franzosen sehr, begründete Delpy ihre anhaltende Auseinandersetzung mit dem Thema.[2] Diesen Film stellte sie in Deutschland auf dem Münchener Filmfest vor. 2015 und 2019 folgten mit Lolo – Drei ist einer zu viel und My Zoe zwei weitere von ihr inszenierte Filme. 2024 erschien Les barbares. Für ihre Filme ist sie auch als Drehbuchautorin tätig.
